丁醇精餾過程中的安全與環(huán)境風險評價

韓為寧(山東華魯恒升集團德化設計研究有限公司，山東 德州 253024)

0 引言

丁醇精餾是去除丁醇中雜質(zhì)的一種常用生產(chǎn)技術，通常要使用精餾塔進行精餾作業(yè)，在生產(chǎn)中由于丁醇精餾環(huán)境因素的影響，會存在一些風險因素。因此，必須就這些風險因素進行全面分析，才能夠制定完善的丁醇精餾安全管控方案。

1 丁醇精餾生產(chǎn)工藝分析

丁醇是常見有機化合物中醇類的一種，其化工生產(chǎn)方法較為多樣，如：丙烯羥基合成方法、巴豆醛加氫方法、丁醛加氫方法等。而具體采用哪種方法，需依據(jù)生產(chǎn)中的具體情況進行選擇。但在上述方法中，丙烯低壓羥基合成方法是當前化工行業(yè)最常見的生產(chǎn)丁醇的方法。該方法成本低，操作簡單，催化劑用量少，原材料轉(zhuǎn)化率高，化學反應所需要的溫度較低，所以該生產(chǎn)工藝具備較強的安全性。其整個生產(chǎn)過程通過將丙烯氣體以及合成氣體在柱形反應釜中進行反應，將反應生成的混合丁醛進行催化，然后對丁醛進行加氫反應得到正丁醇。通過一系列化學反應生成的丁醇，經(jīng)過預分離塔脫重組分塔以及丁醇分離塔最終得到正丁醇。通過對這一整套流程的不同化學單元進行分析，能夠保證丁醇在生產(chǎn)過程中的安全和防控工作。其中凈化單元的原理是通過預熱一氧化碳和氫氣組成的合成氣，然后將合成氣送入凈化裝置，去除氣體中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)，提高氣體的純度。提純凈化后的合成氣體進入羥基合成反應器。與同樣經(jīng)過提純凈化后的丙烯進行反應。此后，還包括丁醇精餾單元以及醛基合成單元和丁醛催化加氫單元等多個單元。

丁醇精餾單元中通過換熱器對來自丁醇儲罐中的混合液體進行預熱，預熱后的丁醇進入分離塔完成丁醇和丙烷，丙烯等成分的分離。此時密度較小的物質(zhì)如丙烯丙烷，會從分離塔的頂部排出。密度較大的物質(zhì)如初丁醇會沉入分離塔底部。此后經(jīng)過脫重分離塔以及正異分離塔，得到精度極高的異丁醇和正丁醇。以上就是丁醇精餾單元的全部生產(chǎn)流程。

2 丁醇精餾生產(chǎn)主要危險物分析

因為丁醇的化學特性，使其在精餾生產(chǎn)過程中伴隨產(chǎn)生的其他化學物質(zhì)都具備較高的危險性。為避免精餾生產(chǎn)過程中引發(fā)安全事故，應對該生產(chǎn)流程進行風險評估與安全預防工作，針對不同的化學物質(zhì)需要進行不同安全措施。

2.1 丙烷

在丁醇精餾過程中，丙烷是主要的合成原料。丙烷具有易燃易爆以及毒性等特性。在丁醇精餾過程中，主要存在于羥基合成裝置?；馂奈ｋU等級為甲級，爆炸極限在2.0%～9.5%之間。

2.2 丙烯

丙烯的火災危險等級為丙級。丙烯在溫度較高或強氧化劑環(huán)境下，以及遇到明火都可能引發(fā)爆炸。在丁醇精餾環(huán)節(jié)中，丙烯主要存在于原料罐以及羥基合成反應器中丙烯同樣具有低毒性。

2.3 異丁醇

異丁醇在丁醇精餾過程中主要分布在脫重組分精餾塔和異丁醇儲罐中，火災等級丙級，爆炸極限為1.7%，異丁醇較大刺激性，低毒性以及易燃易爆的化學特性。

2.4 丁醛

丁醛在丁醇精餾生產(chǎn)過程中，主要存在于丁醛儲罐中以及丁醇加氫反應器中。該物質(zhì)的火災等級為甲級。具有刺激性強以及低毒性，強還原性以及易燃易爆的化學特性，其爆炸極限為1.9%～12.5%。

2.5 丁酸丁酯

丁酸丁酯在丁醇精餾生產(chǎn)過程中存在于丁醛加氫反應器中，具備較強刺激性以及微毒性和易燃易爆的化學特性，火災等級為丙級。

2.6 丁醇

丁醇是丁醇精餾生產(chǎn)過程中的終極產(chǎn)物，具有一定的刺激性以及易燃易爆和低毒性的化學特性。爆炸極限為1.4%～11.2%。丁醇主要集中在脫重組，分精餾塔以及丁醇儲罐中。

3 丁醇精餾過程安全分析

化工行業(yè)主要通過化工生產(chǎn)滿足社會各行各業(yè)在日常生產(chǎn)中所需要的化工產(chǎn)品。在化工生產(chǎn)的過程當中，因為各種易燃易爆或者具有毒性的原材料或者化工產(chǎn)品給生產(chǎn)帶來了較大的安全隱患。例如丁醇除了可以用作燃料用途外，也可以作為化學溶劑之用。因為其具備較強的刺激性以及容易燃燒的化學特性，當人體接觸丁醇后，會在呼吸道以及眼部出現(xiàn)較為明顯的反應。長時間接觸還會出現(xiàn)頭疼眩暈等癥狀。因化工生產(chǎn)的復雜性，使得設備長期接觸化學原料或化工產(chǎn)品很容易出現(xiàn)各式各樣的問題，因此加劇了化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的安全風險[1]。

精餾過程中的安全分析歸納總結(jié)為以下方面：(1)要對精餾過程中的危險物質(zhì)進行識別。(2)對丁醇精餾過程中設備的安全性進行評估。因丁醇精餾期間涉及的容器設備較多，因此在操作過程中對其中的各個環(huán)節(jié)進行安全控制，保證各個環(huán)節(jié)能在符合規(guī)范標準的情況下進行操作。同時在操作過程中，應了解各類常見的化學產(chǎn)品危險特性。例如泄漏情況，當塔底出現(xiàn)泄漏會引發(fā)火災以及中毒，嚴重時會引發(fā)爆炸。塔底泄漏常見的故障原因是在進行精餾反應之前，對設備的檢查不夠細致或設備本身存在故障。這些問題大多是由工作人員在工作時沒有嚴格執(zhí)行操作規(guī)范以及必要的流程所造成的。因此需要在化工生產(chǎn)過程中，對操作人員的操作規(guī)范和操作標準進行控制，防止這些人為的錯誤引發(fā)安全事故。(3)對丁醇精餾期間危險因素的分析與評價。丁醇精餾過程中的危險因素主要集中在低沸和高沸塔，以及化工原料的輸送管等相關設備。低位塔應當注意溫度控制，如果溫度過低，使其塔內(nèi)的蒸發(fā)效果不夠?qū)е履承┪镔|(zhì)沒有完全蒸發(fā)，會影響丁醇的精度。如果溫度過高會使得低配塔中的壓力增加，可能會出現(xiàn)超壓的問題。而高配塔同樣需要對溫度進行控制，這需要對溫度和壓力進行嚴密監(jiān)控。同時要對丁醇輸送管道進行監(jiān)控和檢查，防止出現(xiàn)泄漏情況[2]。因為丁醇的泄漏是非常嚴重的安全事故，會引發(fā)火災和爆炸。在對丁醇精餾過程進行安全評價時，應找準方向，并通過各種角度進行安全工作的防范與管理。要對丁醇精餾期間的各項安全參數(shù)進行監(jiān)控，以避免出現(xiàn)泄漏情況。應按照操作規(guī)范針對不同參數(shù)進行操作，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行各個流程的風險評估。評估內(nèi)容主要是針對不同環(huán)節(jié)的危險出現(xiàn)的概率，并建立相應的風險預案。

4 丁醇精餾環(huán)境風險評價

丁醇精餾過程除了可能出現(xiàn)各類安全風險之外，還可能會對環(huán)境造成影響。當丁醇生產(chǎn)環(huán)境出現(xiàn)了氣體泄漏，就會造成空氣污染。對丁醇精餾環(huán)境的評估是綜合了各類風險評估而進行的，對不同的風險所造成的環(huán)境風險應進行詳細了解。在進行安全環(huán)境的風險評估之前，應該對項目所在的地區(qū)的氣候以及地質(zhì)特點進行全面總結(jié)[3]。要將不同原料可能造成的環(huán)境污染進行分類，如丁醇丁醛的泄漏會對環(huán)境造成哪些風險要進行掌握。風險評估還要考慮氣體泄漏對化工廠周邊人們身體健康的影響。條件較好的化工廠應對丁醇精餾建立風險模型，將地區(qū)環(huán)境的各項參數(shù)加入風險模型中，提高風險評估的有效性。

某化工廠在建立了高斯煙羽模型之后，通過該模型對丁醇可能對環(huán)境造成的影響進行了評估，發(fā)現(xiàn)丁醇的不同泄漏情況對地區(qū)環(huán)境造成的影響。該化工廠平面布置圖如圖1所示。

圖1 該化工廠平面布置圖

丁醇泄漏速度計算公式如下：

根據(jù)該公式的計算可知，該化工廠一旦發(fā)生丁醇泄漏，泄漏速度為4.05 kg/s。項目區(qū)半徑在350 m會出現(xiàn)輕傷情況。當項目區(qū)半徑為115 m時，會出現(xiàn)死亡的情況。通過對丁醇可能出現(xiàn)的爆炸情況進行預測和評估時，得出的結(jié)果是丁醇在爆炸后，死亡半徑為60.9 m。輕傷半徑為273.4 m，財產(chǎn)損失半徑為117.4 m。丁醇精餾環(huán)境的風險評估作用是通過風險評估進行管理措施的設置，通過通風設備來減少發(fā)生泄漏事故的幾率。還應對化工生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的氣體檢測進行完善，同時應增加防爆裝置來降低安全隱患。

5 結(jié)語

總之，在丁醇精餾生產(chǎn)中安全管控的難度較高，因此必須根據(jù)化工生產(chǎn)的實際情況進行全面的風險分析，并做好安全風險針對性管控措施的部署與落實，才能夠切實提升丁醇精餾生產(chǎn)的安全管控效果。在實際丁醇生產(chǎn)過程中，必須做好該環(huán)節(jié)安全管控風險的分析與前期評價，尤其應對各環(huán)節(jié)風險的危害進行分析，在生產(chǎn)安全管理與技術培訓時要將這些分析數(shù)據(jù)告知生產(chǎn)操作人員，使之提升安全控制意識，提升生產(chǎn)中各種環(huán)境風險控制的效力，為丁醇安全生產(chǎn)提供保障。